本发明涉及一种无铅电致伸缩材料。 一般的电致伸缩材料都含有铅,如目前的最新材料0.9Pb(Mg1/3Nb2/3)O3·0.1PbTiO3〔见K·Uchino,S·Nomura,L·E·Cross,R·E·Newnham,“Electrostrictive Effect in perovskite and It Trasducer Applications”,J.Mater.Sci.,16(1981),569〕,都含有不少铅。由于铅是一种有毒的物质,含铅材料的制备和生产会给从事科研和生产人员的身体健康带来极大的危害作用。为了减少这种危害性,需要增加复杂的防护设备,造成投资大,成本高。
本发明的任务就是要提供一种不含铅的新的电致伸缩材料,解决生产过程中存在的公害问题,使设备投资少,降低生产成本。
本发明材料所采用的配方是(Ba1-xLax)(Ti1-yZry)O3,其中0<x<0.10,0.05<y<0.25,为了改善材料的致密度和电导率,可以在这个配方的基础上加入一些添加剂,这些添加剂可以是Fe2O3、Co2O3、MnO、MnO2、Cr2O3、Se2O3、NiO,把它们按一定比例掺合制成所要的电致伸缩材料,其中采用Fe2O3作为添加剂的配方如下:(Ba1-xLax)(Ti1-yZry)O3+awt%Fe2O3,其中0<x<0.10,0.05<y<0.25,0<a<0.3。
新电致伸缩材料的生产工艺流程如下:
1.混料:按所要求组分的量把它们混在一起并用球磨机球磨24小时。
2.予烧:材料经混料后压成块,在900℃的温度下恒温烧2小时。
3.粉碎:经予烧后的材料用球磨机磨72小时。
4.成型:材料经过粉碎后再进行轧膜和干压;对于轧膜,即加入浓度18%的聚乙烯醇,重量占材料总量的25%;对于干压,加入浓度6%的聚乙烯醇,重量占总重量的6%。
5.排胶:以30~40℃/小时的加热速度逐渐对材料加热升温,然后在750℃的温度下恒温半小时。
6.烧成:把经过上述几道工序处理过的材料最后放在1220~1250℃的高温下恒温烧1小时,至此,新材料地制造过程便告结束。
不同X值样品的电致伸缩横向应变与电场关系曲线如图1所示:图1中曲线(1)对应X=0.031,曲线(2)对应X=0.011,曲线(3)对应X=0.008,曲线(4)对应X=0.006,曲线(5)对应X=0.004,曲线(6)对应X=0.003,曲线(7)对应X=0.001,以上所有曲线的Y=0.20。
不同y值样品的电致伸缩横向应变与电场的关系曲线如图2所示,图2中曲线(1)对应y=0.24,曲线(2)对应y=0.22,曲线(3)对应y=0.20,曲线(4)对应y=0.18,曲线(5)对应y=0.14,以上所有曲线的X=0.001。
各种材料的实验配方及电致伸缩系数如下表所示。
当x=0.001,y=0.18,a=0.17时,材料的组分为:(Ba0.999La0.001)(Ti0.82Zr0.18)O3+0.17wt%Fe2O3,此时所测得的参数为:当双极单体结构、电场强度为10KV/cm时,纵向应变1×10-4、横向应变3×10-3;当多电极迭层结构(50×0.2mm)、电压500V时,纵向伸长6微米,横向伸长按要求设计为11微米,在这种配方下,所测得性能最佳。
本发明材料可代替目前所有含铅的电致伸缩材料,用于制造数+微米以下的微位移电控器件、多位镜、高灵敏AC干涉膨胀仪等各种光学器件,还可代替目前所用的压电材料制成微小位移调制器,它的用途广泛、生产安全、设备简单、成本低,是目前理想的电致伸缩材料。